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Kategorie: Wissen

Technische Grundlagen elektronische Druckmesstechnik

  • Kennzeichnung von Drucksensoren nach ATEX Richtlinie 94/9/EG

    Systematischer Aufbau der Gerätekennzeichnung nach ATEX Produktrichtlinie 94/9/EG

    Werden Drucksensoren und andere Feldgeräte in Umgebungen von brennbaren Gasen und Stäuben eingesetzt, so unterliegen sie der Kennzeichnungspflicht nach der ATEX Produktrichtlinie 94/9/EG.

    Die Kennzeichnung von Drucksensoren beinhaltet neben der Zulassungsstelle und der Zulassungsnummer für den Anwender wichtige Informationen. So bedeutet zum Beispiel ein „X“ nach der Zulassungsnummer, dass besondere Bedingungen bei der Verwendung des Gerätes zu beachten sind. Diese sind wahlweise der jeweiligen Bedienungsanleitung oder dem Zulassungsdokument zu entnehmen.

    Die Gerätekennzeichnung nach ATEX gibt jedoch vor allem Aufschluss auf die möglichen Einsatzbereiche und die verwendete Schutzart des Drucksensors:

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  • Ex-Schutz: Kennzahlen brennbarer Gase und Dämpfe

    Die Gefährdung nimmt von T1 nach T6 zu, bzw. von IIA nach IIC zu.

    Zur detaillierten Übersicht gelangen Sie über „den Rest des Eintrages lesen“.

    Quelle: „Kennzahlen brennbarer Gase und Dämpfe“, K. und G. Schön. Anhang B, VDE

    Haben Sie schon unseren Artikel „Ex-Drucksensoren für Zone 0, Zone 1 oder Zone 2“ gelesen?

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  • Ex-Drucksensoren für Zone 0, Zone 1 oder Zone 2

    Für welchen Einsatzbereich bzw. für welche explosionsgeschützte Zone sich ein Drucksensor eignet, lässt sich der Kennzeichnung am Gerät entnehmen.

    In Zone 0 (dem „gefährlichsten“ Bereich), können grundsätzlich eigensichere Drucksensoren mit der Kennzeichnung Ex ia verwendet werden, wobei aber noch zusätzliche Bedingungen zu berücksichtigen sind. In den anderen Ex-Zonen können auch andere Zündschutzarten verwendet werden. So eigenen sich z. B. für Zone 1 sowohl eigensichere (Ex ia oder ib) als auch druckfest gekapselte (Ex d) Drucksensoren. Bei einer in Anwendung in Zone 2 kann z. B. auch ein nicht-funkendes (Ex n, z. B. Ex nA) Gerät eingesetzt werden.

    Da es aber bei der Auswahl eines Druckmessgeräts nicht nur auf die Zone – also auf die Dauer des Vorhandenseins von explosionsfähigen Gemischen, sondern auch auf viele andere Faktoren, wie z. B. die Art der vorhanden Gase und deren Zündenergien, ankommt, können z. B. nicht alle eigensicheren Drucksensoren in Zone 0 eingesetzt werden. Bei Drucksensoren wird die Eignung für verschiedene Ex-Zonen im Wesentlichen durch den elektrischen Anschluss beschränkt. Welche Ausführung eines Drucksensors sich nun für welchen Ex-Einsatz eignet, kann im Datenblatt oder in der EG-Baumusterprüfbescheinigung nachgelesen werden.

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  • Analoge Ausgangssignale von Drucksensoren 3: 0,5 … 4,5 V ratiometrisch

    In einigen Anwendungen, wie zum Beispiel in Fahrzeugen oder in Fällen, in denen nur eine Batterie als Spannungsversorgung zur Verfügung steht, wird ein Ausgangssignal benötigt, das mit geringer Leistung betrieben werden kann, um eine lange Betriebszeit zu ermöglichen. Üblicherweise werden ratiometrische Signale als 10 … 90 % der Versorgungsspannung übertragen. Bei einem Gerät mit ratiometrischem Ausgang wird keine interne Referenzspannung erzeugt und alle Bauteile arbeiten im Verhältnis „in ratio“ zur Spannungsversorgung.

    Durch den Wegfall der Bauteile zur Erzeugung der internen Referenzspannung reduziert sich der Energiebedarf der Elektronik. Zusätzlich wird das Ausgangssignal resistenter gegen Störeinflüsse von außen, da hauptsächlich einfache lineare Bauelemente verwendet werden.

    Weiterführender Link: Blog-Artikel „Analoge Ausgangssignale 2: 0 … 10 V, 1 … 5 V, 1 … 10 V“

  • Was versteht man unter Volumengewicht?

    Oder warum es so wichtig ist, eine passende Verpackung für das jeweilige Produkt zu wählen.

    Neben dem tatsächlichen Gewicht, das sich durch wiegen bestimmen lässt, gibt es das sogenannte „Volumengewicht“. Man verwendet es zur Berechnung von Transportkosten.  Denn beim Transport spielen sowohl das tatsächliche Gewicht als auch der in Anspruch genommene Platz eine Rolle.

    Versanddienstleister berechnen deshalb entweder nach dem tatsächlichen Gewicht des Paketes oder aber nach dem Volumengewicht, wenn dieses das tatsächliche Gewicht übersteigt. Die häufigste Berechnung erfolgt nach folgender Formel:

    Länge x Breite x Höhe (in cm)
                      6.000

    Einige Versandunternehmen (z. B. UPS, FedEx) dividieren durch 5.000. Die Zahl 6.000 hat die IATA vor Jahren auf Basis ihrer Erfahrungswerte festgelegt, da im Durchschnitt ein Kubikmeter Fracht 166,7 kg wiegt.

    Hinweis: Es macht also durchaus Sinn für ein Produkt die passende Umverpackung zu wählen, um Transportkosten zu optimieren.

  • Analoge Ausgangssignale 2: 0 … 10 V, 1 … 5 V, 1 … 10 V

    Neben den im Artikel „Analoge Ausgangssignale von Drucksensoren 1“ beschriebenen Stromsignalen werden in der industriellen Automatisierungstechnik die Spannungssignale 0 … 10 V, 1 … 5V und 1 … 10 V zur Messwertübertragung verwendet. Wie bei  den Stromsignalen liegt der Vorteil in der einfachen Handhabung und der Möglichkeit Fehler mit einem einfachen Multimeter untersuchen zu können.

    Bei Spannungssignalen können elektromagnetische Störungen leicht zu einer Verfälschung des Messwertes oder des Stellsignales führen, es empfiehlt sich daher für solche Signale geschirmte Leitungen zu installieren. Sehr oft werden die Spannungssignale 0 … 10 V, 1 … 5V und 1 … 10 V zur Sollwertvorgabe von Motoren verwendet, es sind aber auch Temperatur- und Drucksensoren mit diesen elektrischen Ausgängen erhältlich.

    Ähnlich wie bei den Stromsignalen wird im Drucksensor der aktuell gemessene Druck in einen Spannungswert gewandelt und über zwei (1 … 5 V, 1 … 10 V) oder drei (0 … 10 V) Leiter übertragen. Die Signale 1 … 5 V und 1 … 10 V bieten den Vorteil durch Vorgabe eines aktiven Nullwertes von 1 V auch Kurzschlüsse in der Leitung erkennbar zu machen.

  • Analoge Ausgangssignale 1: 4 … 20 mA

    In der industriellen Automatisierungstechnik und bei Drucksensoren ist das Stromsignal 4 … 20 mA das am häufigsten verwendete Signal in der analogen Messwertübertragung. Die enorme Verbreitung dieses Signales liegt in der Einfachheit der Handhabung und vor allem in der Störsicherheit. Ein Stromsignal besitzt eine höhere EMV-Störfestigkeit als ein Spannungssignal, da elektromagnetische Störungen als Spannungssignale in die Signalleitung eingespeist werden und nur sehr geringe Stromänderungen an der Bürde des Empfängers verursachen.

    Eine sehr breite Verwendung finden das Signal 4 … 20 mA in der Übertragung von Sensorwerten wie Temperatur und Druck. Hierbei wird z. B. das im Produktionsprozess zu messende Drucksignal eines Druckmessumformers 0 … 10 bar durch die Elektronik im Sensor auf 4..20 mA umgesetzt. Als Zweileitersignal wird 4 … 20 mA auf Grund der Ersparnis bei der Verkabelung und der einfacheren Fehlersignalisierung inzwischen gegenüber der Dreileiterversion bevorzugt. Ein Leitungsbruch wird hier durch Unterschreiten des Stromwertes von 3,8 mA und ein Kurzschluss durch Überschreiten des Stromwertes von 20,5 mA erkannt (gemäß NAMUR NE43). 4 … 20 mA in Dreileiterausführung wird nur noch für Geräte mit hohem Hilfsenergiebedarf verwendet.

    Weiterführender Link: Blog-Artikel „Unterschied 4-20 mA in 2-Leiter und 3-Leiter bei Drucksensoren„

  • Wasserstoff und Drucksensoren: Was ist beim Medium Wasserstoff zu beachten?

    Oft gibt es Probleme bei Drucksensoren, die mit Wasserstoff in Berührung kommen. Leider erlebe ich in meinem Job sehr häufig, dass dies unseren Kunden im Vorfeld nicht bewusst ist. Deshalb teilen sie uns häufig gar nicht mit, dass ihr Medium Wasserstoff enthält und wir erfahren erst im Reklamationsfall davon. Doch warum Reklamationsfall? Warum ist Wasserstoff gerade für Drucksensoren so kritisch?

    Grundsätzlich gilt, dass zahlreiche Metalle unter Einwirkung von Wasserstoff verspröden. Wasserstoffatome, die in das Metallgitter hinein diffundieren, verändern die Festigkeit des Materials. Im schlimmsten Fall führt das zu Rissen im Material. Oder einfach ausgedrückt, der Drucksensor wird undicht oder gar ganz zerstört.

    Im Falle von Drucksensoren spielen besonders die dünnen Membranen, die zur genauen Messung des Druckes erforderlich sind eine entscheidende Rolle. Atomarer Wasserstoff kann nämlich nicht nur in das Metall ein- sondern auch durch das Material hindurch diffundieren. (mehr …)

  • Was ist ein elektronischer Druckschalter?

    Im Maschinenbau werden häufig elektronische Druckschalter eingesetzt. Immer weniger werden mechanische Druckschalter eingebaut. Die Vorteile der elektronischen Variante des Druckschalters sind eine digitale Anzeige, einstellbare Schaltpunkte und eine deutlich höhere Zuverlässigkeit.

    Ein elektronischer Druckschalter baut auf einen elektronischen Drucksensor (oft auch als Druckmessumformer bezeichnet) auf und bietet deshalb auch dessen Funktionalität. Durch die integrierten elektronischen Schalter, mit denen der elektrische Schaltkreis geöffnet oder geschlossen wird, übernimmt er einfache Steuerungsaufgaben. Schaltpunkt und Rückschaltpunkt können dabei individuell und bequem am Gerät eingestellt werden.

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  • Autofrettage bei Drucksensoren sichert Nullpunktstabilität

    Mit Autofrettage bezeichnet man bei der Produktion von Drucksensoren den Prozess der aktiven „Überlastung“ durch gezieltes, ein- oder mehrmaliges Anfahren eines Druckes oberhalb des Nenndruckbereiches.

    Das Verfahren wird angewandt, um im späteren Betrieb eine maximale Stabilität, insbesondere des Nullpunktes zu erreichen. Entsprechende konstruktive Auslegung des Sensors vorausgesetzt ermöglich die Autofrettage einen problemlosen und jahrelangen Betrieb der Sensoren auch bei hohen Lastspielzahlen bis in den spezifizierten Überlastbereich hinein, ohne dass es dadurch zu Nullpunktdrift oder ähnlichen Effekten kommt.

    Bei der Autofrettage kommt es zur Plastifizierung in bestimmten lokalen Bereichen des Sensors, bei denen bei der gezielten Überlastung lokal die Streckgrenze des Sensorwerkstoffs überschritten wird;  die messtechnischen Eigenschaften erfahren dabei eine bleibende Veränderung. Diese gezielte Einflussnahme auf die Gefügestruktur durch Autofrettage ist integraler Bestandteil des Entwicklungsprozesses von Sensor und dem zugehörigen Fertigungsverfahren. Welcher Druck dabei angefahren wird und wie häufig muss durch aufwendige FEM-Simulation und umfangreiche Testreihen für jedes Sensordesign individuell ermittelt werden. (mehr …)